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FACILIDADES DE SUPERFICIE:EMULSIONES
EDISON ODILIO GARCANAVASIngeniero de Petrleos - UIS
Mg!ster en Ingenier! de"idro#r$%ros - UIS
iliddesdes%'er(#ie%is)g*il+#o*
UNIVERSIDAD INDUS,RIAL DE SAN,ANDERESCUELA DE INGENIERA DE PE,RLEOS
.UCARAMANGA/ DICIEM.RE DE 0123
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IN,RODUCCION
El tratamiento de fuidos deproduccin en campos petroleros
es un proceso complejo debido alas condiciones bajo las cuales sonproducidos los fuidos en supercie,por esta razn es de granimportancia un adecuadoconocimiento de los conceptosundamentales que gobiernan elcomportamiento de dichos fuidos.
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EMULSIONES
Una emulsin es una mezcla de
dos lquidos mutuamenteinmiscibles, uno de los cuales
est disperso en nas gotas en
el otro. El lquido presente como
pequeas gotas es la asedispersa o interna, mientras que
el lquido que lo rodea es la ase
continua o e!terna
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TIPOS DE EMULSIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
Dependiendo de cul fluido se comporta como fase continua y cul lo
hace como fase dispersa, se definen emulsiones normales, inversas y
duales.
Otra forma de clasificar las emulsiones es de acuerdo con su
estabilidad. Las emulsiones fuertes o duras tienen una alta
estabilidad, mientras que las emulsiones dbiles pueden romperse
fcilmente. Cada tipo de emulsin exie un tratamiento espec!fico.
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E*%lsin Dire#t
E*%lsin de g% en
#eite
"ase discontinua ointerna#
$gua
"ase continua o e!terna#$ceite Agua
Petrleo
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E*%lsin In4ers
E*%lsin de #eite en
g%
"ase discontinua ointerna#
$ceite
"ase continua o e!terna#$gua Petrleo
Agua
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DEFINICIN DE EMULSIN: "na emulsin es una me#claheteronea de dos l!quidos inmiscibles.
"luidos %uractante Energa Emulsin
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FLUIDOS
Compuestos polares:Compuestos cuyas molculas se encuentran desbalanceadas
elctricamente.
O"
"
$ua
"C
"
"
"
O
%etanol
C
"
"
"
C C
"
"O
"
$cetona
C
"
"
"
C
"
"
C
"
"
C
"
"
C
"
"
C
"
"
"
&exano
C"
C
"
C
"
C "
C"
C"
'encenoFACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
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AGENTES EMULSIFICANTES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
Los $()*+) )%"L--C$*+) /tensoactivos, surfactantes, etc.0 son
sustancias parcialmente solubles en aua y en crudo.
)n la rfica se observa el esquema de una molcula de )stearato de
odio, un tipo de 1abn muy usado de manera domstica.
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AGENTES EMULSIFICANTES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
)n el caso de los campos petroleros,
existen diversas sustancias que
pueden llear a actuar como
surfactantes.)1emplos2
3 Compuestos naturales /asfaltenos,
parafinas, etc.0
3 lidos finos /arcillas, productos de
corrosin, etc.0
3 4u!micos a5adidos /biocidas,
inhibidores, etc.0
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AGENTES EMULSIFICANTES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
)l surfactante se ubica en la interfase aua6petrleo, enerando un
puente entre las dos fases.
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AGENTES EMULSIFICANTES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
De acuerdo con su cara, los tensoactivos se clasifican en2
3 *o inicos2 *o se disocian en el aua
/polilicoles, steres de cidos rasos,
lecitina0.
3 $ninicos2 7resentan una cara neativa al
disolverse en aua /estearato de sodio,
laurato de potasio0.
3 Catinicos2 7resentan una cara positiva al
disolverse en aua /sales cuaternarias deamonio, hidrocloruros de aminas0.
3 $nfteros2 +ienen capacidad para formar un ion tensoactivo con
caras tanto neativas como positivas, se8n el p&. )n p& cido se
comportan como catinicos. )n p& bsico, como aninicos
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BALANCE HIDROFLICO!LIPOFLICO
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
9illiam Colvin (riffin, de la empresa $tlas 7o:der Company /))""0,
desarroll un mtodo para clasificar los tensoactivos, basado en el
valor del &L' (Hydrophilic-Lipophylic Balance).
)l mtodo est basado en la premisa de que todos los tensoactivos
combinan, en una misma molcula, un rupo hidrof!lico y otro
lipof!lico, y que la proporcin entre los porcenta1es en peso de estos
dos rupos en los tensoactivos no inicos es una indicacin del
comportamiento que puede ser esperado de ese producto.
)l &L' es un parmetro que var!a de ; a
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14/47FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
)l clculo del &L' se reali#a mediante la siuiente expresin2
Donde %h es la masa molar de la porcin hidrof!lica de la molcula y
% es la masa molar de la molcula entera.
HLB " #$ HLB % #$ HLB & #$
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'
#(
#)
#'
*
+
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
"L.
Emuls,-,.a/tes0e t,po a1ua e/
a.e,te
A1e/tesHume.ta/tes
Emuls,-,.a/tes0e t,po a.e,te e/
a1ua
Deter1e/tes
Solu2,l,3a/tes
3 =alores altos de &L' />6?>0 del
aente emulsificante darn comoresultado emulsiones de aceite
en aua /emulsiones inversas0.
3 =alores ba1os de &L' /@6>0 del
aente emulsificante darn como
resultado emulsiones de aua enaceite /emulsiones directas o
normales0.
)sto corresponde con la Aela de
'ancroft2
La fase en la cual un surfactante
es ms soluble constituye la fase
continua.
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E4CESO DE SURFACTANTE
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
)l resultado de la aplicacin de un exceso de surfactante es la
formacin de micelas, conlomerados de molculas que poseen una
masa elevada y que son muy dif!ciles de separar de la fase continua.
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ENERGA
7ara que la emulsin ocurra es necesario que exista un flu1o deener!a desde o hacia el fluido.
E5emplos: 7erforados
istemas de levantamiento artificial
Choques
Codos
=lvulas
$ccesorios
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PROPIEDADES DE LASEMULSIONES
Estabilidad
&omportamiento 'eolgico
(istribucin ) *amao
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Distri$%#in 5 ,*6o de ls GotsDis'erss+eneralmente el tamao de las gotas dispersas en una emulsin aria
entre -./-- micras. 0ientras que la distribucin puede ser clasicada
ealuando el porcentaje de ase interna como 0onodispersa o1olidispersa. El tamao ) la distribucin de las gotas son uertemente
dependientes de la ormulacin ) ormacin de la emulsin.
2a importancia de estas propiedades radica en undamentalmente en el
gran eecto que tienen sobre el comportamiento reolgico de laemulsin.
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Distri$%#in 5 ,*6o de ls GotsDis'erss
"raccin de ase3nterna 4aja 5 6-
7
"raccin (e ase3nterna $lta 8 9:7
"raccin (e ase3nterna 0edia 6-/9-
7
Monodis'ersoMonodis'erso Monodis'erso Monodis'ersoPolidis'erso
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Co*'ort*iento Reolgi#o
El comportamiento reolgico de las emulsiones es unenmeno complejo ) se hace casi imposible ealuar eleecto indiidual de cada uno de los actores que lo aectanpor separado.
El caso del tamao de las gotas se ha obserado que cambiadrsticamente el comportamiento reolgico de la emulsin
pero aun no se ha desarrollado una teora que relacionesatisactoriamente ambas ariables.
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Est$ilidd
Es la capacidad que tiene una emulsin de mantener unaiscosidad determinada o fuidez durante un periodo de tiempo )adicionalmente resistirse a focular, coalescer ) sedimentarse.Esta depende en gran medida de las cualidades de la pelculainteracial, como su resistencia ) elasticidad.
2as emulsiones para el transporte de crudo pesado, deben ser losucientemente estables para mantener las condiciones de fujo,tales como, fuctuaciones en la presin ) temperatura, arrastrede slidos entre otros. 1ero a su ez deben ser de cilrompimiento para disminuir los costos en el proceso dedesemulsicacin.
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For*%l#in
&omposicionales
"sico/qumicos
"raccin $ceite
"raccin $gua
"raccin %uractante
;aturaleza de los
&omponentes
*emperatura
1resin
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Cr#ter!sti#s For*%l#in
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For*#in
Una ez establecida la ormulacin, es decir, la seleccin deltipo ) concentracin de los componentes del sistema disperso
se procede a la ormacin de la emulsin. (e este procesodepende el >!ito para lograr una emulsin e!itosa.
1ara lograr la ormacin de emulsiones es preciso suministrarleenerga a sistema, esta energa se encuentra dada por lasiguiente e!presin#
[ ].)()( Conf f STAG =
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(onde ?a es el incremento en el rea interacial, como
consecuencia de la reduccin del dimetro de las gotas que se
dispersan, @ es la tensin interacial, * es la temperatura
absoluta ) ?%A&onBes el cambio de entropa debido al cambio en
la conguracin del sistema.
For*#in
2a inestabilidad se debe la aumento del rea AC$B durantela emulsicacion, que produce un incremento de la entalpia
libre de +ibbs AC+B
[ ].)()( Conf f STAG =
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FORMACIN DE EMULSIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
"luidos %uractante Energa Emulsin
A.e,te
A1ua
6a27/
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FORMACIN DE EMULSIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
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ES,A.ILIDAD DE LASEMULSIONES
1ueden ser estabilizadas o desestabilizadas. 2os actoresque aectan la estabilidad de las emulsiones son#
+raedad
0oimiento 4roDniano
"uerzas de
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ES,A.ILIDAD DE LASEMULSIONES
1ueden ser estabilizadas o desestabilizadas. 2os actores queaectan la estabilidad de las emulsiones son#
+raedad
0oimiento 4roDniano
"uerzas de
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PROBLEMAS ASOCIADOS A LAS EMULSIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
Los problemas ms comunes por la presencia de emulsiones son2
3 7roductos fuera de especificacin
3 alla de los sistemas de control
3 $ltos costos de tratamiento
3 $lta presin
3 Corrosin
3 +aponamientos
3 7rdidas de productos
3 Contaminacin
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ROMPIMIENTO DE LAS EMULSIONES
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7ara comprender fcilmente los factores que afectan la estabilidad de
las emulsiones es preciso describir los procesos que permiten
romperlas.
on varios los procesos quepermiten separar emulsiones. 7or
e1emplo2
3 eparacin ravitacional
3 Coalescencia
3 loculacin
3 lotacin
3 iltracin.
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FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
Emuls,7/
Esta2le
Separa.,7/Gra8,ta.,o/al
Flo.ula.,7/
Coales.e/.,a
Separa.,7/De Fases
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SEPARACIN GRA9ITACIONAL
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
La Ley de toBes fue propuesta en ?>? por (eore (abriel toBes
como una forma de caracteri#ar el movimiento vertical de ob1etos
esfricos en el seno de un fluido.
Donde2
vs2 =elocidad de asentamiento de las part!culas /cms0
2 $celeracin de la ravedad /cms
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ROMPIMIENTO DE EMULSIONES
FACILIDADES DE SUPERFICIE: EMULSIONES
&G$+U2$&3H;#;eutralizacin delas cargas de la
interase.
"2G&U2$&3H;#$cercamiento de
las gotasdispersas.
&G$2E%&E;&3$#"usin de las
pequeas gotaspara generar
ma)ores.
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RUP,URA DEEMULSIONES
2as emulsiones pueden ser rotaspor tres mecanismos que son#
Agreg#in 5#oles#en#i
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RUP,URA DEEMULSIONES
2as emulsiones pueden ser rotaspor tres mecanismos que son#
Flo#%l#in
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2as emulsiones pueden ser rotaspor tres mecanismos que son#
Sedi*ent#in
RUP,URA DEEMULSIONES
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Alg%nos Pr7*etros in8%5enr%'t%r
1elcula 3nteracial
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Pel!#%l Interil
2as gotas dispersas de la emulsin se encuentran en continuomoimiento, esto hace que colisionen recuentemente.
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,*6o de l Got
+otas mu) pequeas toman ms tiempo para sedimentarse, estodebido a que las ms grandes suren ma)or atraccin
graitacional.
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Rel#in de Vol%*en deFse
3ncrementando el olumen de la ase dispersa se incrementa elnImero de gotas )Jo tamao de gota, el rea interacial ) la
tensin supercial.
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,e*'ert%r
3ncrementando la temperatura, se incrementa la diusin de lasgotas, decrece la iscosidad de la ase e!terna, disminu)e lapelcula interacial ) modica la tensin supercial, )
consecuentemente, se acilita el rompimiento de la emulsin.
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Slinidd de l Sl*%er
2a concentracin de la salmuera es un actor importante en laormacin de emulsiones estables. 2a presencia de agua resca osalmuera con baja concentracin de sal, aorecen la estabilidad delas emulsiones.
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AC,IVIDAD
Aeali#ar lectura y un ensayo sobre aluno de los siuientes art!culos2